CN116560447A - 一种高精度线性直流电源及结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种高精度线性直流电源及结构。包括初级调整电路、次级调整电路、保护电路以及LCD控制电路，所述的初级调整电路接收外部的120VAC输入，经过磁饱和变压器对其进行初次降压，并将不同的电压分别供给整流电路进行全波整流和LCD控制电路进行供电；整流输出的电压进入次级调整电路进行精确调节，将电压调节为所需电压，通过保护电路后进行输出；LCD控制电路采集电源的输出电压，经过量化显示到屏幕上。有益效果在于：本电源通过采用磁饱和变压器，减少输入端电压波动带来的影响，同时采用高精度的电压调节芯片，并利用负反馈控制技术，实现输出电压的高稳定性。

Description

一种高精度线性直流电源及结构

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种高精度线性直流电源及结构。

背景技术

CANDU重水堆中，仪用电源以输入120VAC，输出40VDC而有别于其它压水堆型的电源，国内无同类型产品。

自行设计研制一款满足现役电站在用的高精度仪用线性40V电源势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度线性直流电源及结构，采用磁饱和变压器一次调压，高精度电压调节器进行二次调压得到高可靠，高精度的40VDC直流输出，通过高隔离度设计数字电路中的LCD显示屏进行本地显示。

本发明的技术方案如下：一种高精度线性直流电源，包括初级调整电路、次级调整电路、保护电路以及LCD控制电路，所述的初级调整电路接收外部的120VAC输入，经过磁饱和变压器对其进行初次降压，并将不同的电压分别供给整流电路进行全波整流和LCD控制电路进行供电；整流输出的电压进入次级调整电路进行精确调节，将电压调节为所需电压，通过保护电路后进行输出；LCD控制电路采集电源的输出电压，经过量化显示到屏幕上。

所述的初级调整电路对输入电压进行降压、整流和滤波，包括磁饱和变压器、整流桥和滤波电容；磁饱和变压器由输入回路，两路次级输出回路和谐振回路组成。

所述的输入回路接入120VAC交流电源信号；次级输出中的一回路的线圈输出经全桥整流，滤波电容滤波后输出为直流电压，此为电源的主回路；次级输出中的二回路的线圈输出经半波整流滤波提供给LCD控制电路，此为辅助回路。

所述的次级调整电路主要对初级调整电路输出的直流电压进行精确调整，其包括LM723电压调整芯片和功率三级管，利用电压调整芯片，其输入V-连接参考电压，V+连接反馈回来的输出电压，经过比较后，由输出Vz调节功率管的工作状态，以达到调节输出电压的效果。

所述的保护电路具有过流保护、过压保护、电磁兼容和数模隔离功能，过流保护采用保险丝防止电路电流过大；过压保护为Crossbar保护电路，通过电阻分压来设置保护门限，当输出电压超过该保护电压门限时，会触发可控硅导通。

所述的保护电路中的电磁兼容通过采用共模电感来实现，包括瞬态抑制二极管和压敏电阻，减少输出干扰；输出电路中大型共模电感可以充当双向滤波器，瞬态抑制二极管和压敏电阻用来消除线路上的浪涌干扰和雷击干扰。

所述的LCD控制电路主要由ADC采样调理电路和STM32显示电路组成，ADC采样调理电路通过4级调压，将采样得到的40V电压转变为1V的标准电压，首先通过电位器分压得到200mV电压，经过隔离放大器AMC1200放大8倍后变为1.6V电压，之后经过运算放大器AD8226BRZ-R7放大1.99倍得到3.184V电压，最终经过电位器分压得到1V电压，该电压信号通过电压跟随器与STM32芯片的ADC输入相连，通过与基准电压Vref比较，得到输出电压的具体值，STM32显示电路即将得到的输出电压，显示到LCD屏上。

包括电源机箱，初级调整电路放置在电源机箱的后壁上，主控板即次级调整电路放在电源机箱的一侧，功率管同散热片安装在电源机箱的另外一侧，电源机箱的后侧安装有变压器和滤波电容，电源机箱前面设置有面板，面板上设置有LCD显示屏，指示灯，保险丝，调节旋钮和测试点。

本发明的有益效果在于：本发明中的仪用高精度线性电源具有很高的稳定度、可靠性、可用性。本电源通过采用磁饱和变压器，减少输入端电压波动带来的影响，同时采用高精度的电压调节芯片，并利用负反馈控制技术，实现输出电压的高稳定性。该电源中的保护电路部分，可以提供输入过流保护、输出过压保护、输出限流防护、电磁兼容等多种防护，增强了其可靠性。电源在设计时，考虑到输出电压可调节，将调节电位器安置在电源机箱的前面板处。同时，电源的前面板安装了可拆卸保险丝、LCD显示屏和、电源指示灯和输出电压测试孔，这使电源有很高的可用性和可操作性。

附图说明

图1为本发明所提供的一种高精度线性直流电源示意图；

图2为本发明所提供的一种高精度线性直流电源结构示意图；

图3为本发明所提供的一种高精度线性直流电源初级调整电路图；

图4为本发明所提供的一种高精度线性直流电源次级调整电路图；

图5为本发明所提供的一种高精度线性直流电源电磁兼容设计输出端电路图；

图6为本发明所提供的一种高精度线性直流电源LCD控制电路部分电压调制电路图。

图中：1主控板，2指示灯，3保险丝，4显示屏，5调节旋钮，6测试点，7变压器，8滤波电容，9散热片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明所提供的一种高精度线性直流电源能够为CANDU核电站停堆系统、安全壳系统、主慢化剂系统、应急供水系统、应急堆芯冷却系统、喷淋系统等重要系统提供高可靠性，高精度的仪用40V直流电源。

如图1所示，一种高精度线性直流电源，包括初级调整电路、次级调整电路、保护电路以及LCD控制电路，所述的初级调整电路接收外部的120VAC输入，经过磁饱和变压器对其进行初次降压，并将不同的电压分别供给整流电路进行全波整流和LCD控制电路进行供电；随后整流输出的电压进入次级调整电路进行精确调节，将电压调节为所需电压，通过一部分保护电路后进行输出；LCD控制电路采集电源的输出电压，经过量化显示到屏幕上。

如图3所示，初级调整电路主要对输入电压进行初步降压、整流和滤波。其主要由磁饱和变压器、整流桥和滤波电容组成；磁饱和变压器由输入回路，两路次级输出回路和谐振回路组成。输入回路接入120VAC交流电源信号；次级输出中的一回路的线圈输出经全桥整流，滤波电容滤波后输出为直流电压，此为电源的主回路；次级输出中的二回路的线圈输出经半波整流滤波提供给LCD控制电路，此为辅助回路。

如图4所示，次级调整电路主要对初级调整电路输出的直流电压进行精确调整，其包括LM723电压调整芯片和功率三级管，采用了Floating调整技术以及负反馈控制技术。该电路利用电压调整芯片，其输入V-连接参考电压，V+连接反馈回来的输出电压，经过比较后，由输出Vz调节功率管的工作状态，以达到调节输出电压的效果。

Floating调整设计技术，将辅助电源的浮动负端连接电压调整器的V-，并使其与次级调整输出等电势，实现浮动调整，输出达到40VDC，可调范围至少为38V-42V。

电压负反馈控制技术，对输出电压进行采样处理，与参考电压进行比较获得误差调整信号。高精度电压参考源具有温度补偿特性，此电压参考源经过分压输入到调整电路的正输入端。次级调整电压的输出经过采样分压反馈输入到调整电路的负输入端。两者之差作为误差调整信号，控制线性功率三极管的工作状态。

保护电路具有过流保护、过压保护、电磁兼容和数模隔离功能。过流保护采用保险丝防止电路电流过大；过压保护为Crossbar保护电路。该电路通过电阻分压来设置保护门限，当输出电压超过该保护电压门限时，会触发可控硅导通。由于可控硅自身特点，导通后会一直保持导通状态，直至输出电压重新加载至可控硅两端。配合输出过流保险丝，可实现过压保护功能。

如图5所示，保护电路中的电磁兼容通过采用共模电感来实现，包括瞬态抑制二极管和压敏电阻，减少输出干扰；输出电路中大型共模电感可以充当双向滤波器，一方面可以滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面可以抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作；瞬态抑制二极管和压敏电阻用来消除线路上的浪涌干扰和雷击干扰。数模隔离采用隔离放大器，将数字电路的输入与模拟电路的输出进行隔离，减少模拟电路对数字电路的影响。

LCD控制电路主要由ADC采样调理电路和STM32显示电路组成。ADC采样调理电路通过4级调压，将采样得到的40V电压转变为1V的标准电压。首先通过电位器分压得到200mV电压，经过隔离放大器AMC1200放大8倍后变为1.6V电压，之后经过运算放大器AD8226BRZ-R7放大1.99倍得到3.184V电压，最终经过电位器分压得到1V电压。该电压信号通过电压跟随器与STM32芯片的ADC输入相连，通过与基准电压Vref比较，得到输出电压的具体值。STM32显示电路即将得到的输出电压，显示到LCD屏上。LCD屏与数字板采用RS232协议进行连接，利用MAX3232芯片将STM32芯片输出的串口信号转化为RS232协议中的串口信号。

一种高精度线性直流电源，通过初级调整电路中的磁饱和变压器将输入120V电压降压到48V左右并经过全桥滤波整流滤波后提供给次级调整电路；通过磁饱和变压器将输入120V电压降压到25V左右经过半波整流滤波后提供作为辅助电源。次级调整电路对整流过后的初级直流电压进行二次调整，实现高稳定输出的线性电源。40V直流输出端采用共模电感、压敏电阻和瞬态抑制二极管的组合，增加电源的电磁抗扰度。LCD控制电路由ADC采样调制电路和LCD显示电路组成。ADC采样调制电路通过电阻分压以及隔离放大器AMC1200和运算放大器AD8226的放大，将标准的40V电压转化为1V采样电压。采用STM32F373完成采样以及数据处理和显示交互。最终输出给LCD显示模块。

如图2所示，一种高精度线性直流电源结构，采用上下网板结构，便于自然对流散热，无需风扇，提高了设计的可靠性。包括电源机箱，初级调整电路放置在电源机箱的后壁上，主控板1即次级调整电路放在电源机箱的一侧，需要散热的功率管同散热片9一起安装在电源机箱的另外一侧，电源机箱的后侧安装有变压器7和滤波电容8，电源机箱前面设置有面板，面板上设置有LCD显示屏4，指示灯2，保险丝3，调节旋钮5和测试点6。

电源机箱采用铝合金封闭式设计，电源内部元件排列紧密，变压器安装固定在电源尾部中间位置，使得电源整体的平衡性增强。模拟电路板与数字电路板分开放置，采用壁装方式固定，使其更加牢固。其余大型的元件除了用螺丝固定在电源外壳，还通过相应形状的铝外壳再次固定，防止其因为地震脱落。

变压器7采用磁饱和变压器，提高了设备的可靠性；初级调整电路中磁饱和变压器的使用提高了电源的AC输入范围，从而提高了设备可用性；本发明中二次精确调压采用宽范围电压调节器及其外围电路，采用Floating调整技术，输出高达40V的线性电压；本发明中保护电路设计有过流保护、过压保护电路、电磁兼容防护设计、模数隔离处理电路，大大提高了电源安全性和噪声抑制能力；本发明中设计有告警远传模块；本发明中设计有LCD屏电压以及测试接口，增强了设备的可用性。

Claims (8)

1.一种高精度线性直流电源，其特征在于：包括初级调整电路、次级调整电路、保护电路以及LCD控制电路，所述的初级调整电路接收外部的120VAC输入，经过磁饱和变压器对其进行初次降压，并将不同的电压分别供给整流电路进行全波整流和LCD控制电路进行供电；整流输出的电压进入次级调整电路进行精确调节，将电压调节为所需电压，通过保护电路后进行输出；LCD控制电路采集电源的输出电压，经过量化显示到屏幕上。

2.如权利要求1所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的初级调整电路对输入电压进行降压、整流和滤波，包括磁饱和变压器、整流桥和滤波电容；磁饱和变压器由输入回路，两路次级输出回路和谐振回路组成。

3.如权利要求2所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的输入回路接入120VAC交流电源信号；次级输出中的一回路的线圈输出经全桥整流，滤波电容滤波后输出为直流电压，此为电源的主回路；次级输出中的二回路的线圈输出经半波整流滤波提供给LCD控制电路，此为辅助回路。

4.如权利要求1所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的次级调整电路主要对初级调整电路输出的直流电压进行精确调整，其包括LM723电压调整芯片和功率三级管，利用电压调整芯片，其输入V-连接参考电压，V+连接反馈回来的输出电压，经过比较后，由输出Vz调节功率管的工作状态，以达到调节输出电压的效果。

5.如权利要求1所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的保护电路具有过流保护、过压保护、电磁兼容和数模隔离功能，过流保护采用保险丝防止电路电流过大；过压保护为Crossbar保护电路，通过电阻分压来设置保护门限，当输出电压超过该保护电压门限时，会触发可控硅导通。

6.如权利要求5所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的保护电路中的电磁兼容通过采用共模电感来实现，包括瞬态抑制二极管和压敏电阻，减少输出干扰；输出电路中大型共模电感可以充当双向滤波器，瞬态抑制二极管和压敏电阻用来消除线路上的浪涌干扰和雷击干扰。

7.如权利要求1所述的一种高精度线性直流电源，其特征在于：所述的LCD控制电路主要由ADC采样调理电路和STM32显示电路组成，ADC采样调理电路通过4级调压，将采样得到的40V电压转变为1V的标准电压，首先通过电位器分压得到200mV电压，经过隔离放大器AMC1200放大8倍后变为1.6V电压，之后经过运算放大器AD8226BRZ-R7放大1.99倍得到3.184V电压，最终经过电位器分压得到1V电压，该电压信号通过电压跟随器与STM32芯片的ADC输入相连，通过与基准电压Vref比较，得到输出电压的具体值，STM32显示电路即将得到的输出电压，显示到LCD屏上。

8.一种高精度线性直流电源结构，其特征在于有：包括电源机箱，初级调整电路放置在电源机箱的后壁上，主控板即次级调整电路放在电源机箱的一侧，功率管同散热片安装在电源机箱的另外一侧，电源机箱的后侧安装有变压器和滤波电容，电源机箱前面设置有面板，面板上设置有LCD显示屏，指示灯，保险丝，调节旋钮和测试点。